Dispose模式

Dispose模式

Dispose模式是.NET中很基础也很重要的一个模式，今天重新复习一下相关的东西并记录下来。

• 什么是Dispose模式？
• 什么时候我们该为一个类型实现Dispose模式
• 使用Dispose模式时应该注意什么？
• 怎样实现一个Dispose模式？
• Dispose模式的例子

什么是Dispose模式？

要知道什么是Dispose模式必须先了解两个概念：资源和GC的基本原理。资源指的是一些类似于Windows句柄，数据库连接的非内存的一些本地资源，这些资源无法被运行时本身管理，需要程序员自己去申请和释放。当一些托管类型中对这些资源进行一定的封装的时候，我们就需要妥善的去处理他们，比如说在不用的时候释放到这些资源以免造成资源泄露。但是你怎么知道什么时候不用呢？无法知道，这个只有使用这个类型的人知道，所以我们需要在Finalize方法中对资源进行释放，这个有点像C++中的析构函数，但是不一样的是.NET中的Finalize方法是由运行时来调用而非用户。

扯了这么多，貌似只要在Finalize方法中释放掉资源就行了，那Dispose模式又是干嘛的？

正如上面提到的，Finalize方法只能由运行时来调用，用户无法控制什么时候这个方法会被调用。了解一下GC的基本工作原理，我们会发现具有Finalize方法的垃圾对象会在垃圾回收的时候放入一个“垃圾队列”，但是这个垃圾队列并不是说下一次垃圾回收的时候就会调用，而是会在下一次内存压缩（compact）的时候才会去调用。[1]你不知道这货啥时候才会去调用那个Finalize方法，也就是说很可能你这个对象会存活很久（占用内存），并且这个资源一直得不到释放（占用资源）！

我写了下面这个简单的代码做了一下测试，只是为了验证一下并不是多次GC就会去调用Finalize方法的。

internal class Resource
{
    public void DoSomething()
    {
    }
    ~Resource()
    {
        Console.WriteLine("In Finalize");
    }
}

internal class Program
{
    private static void Main(string[] args)
    {
        var res = new Resource();
        res.DoSomething();
        int i = 100;
        while (i-- > 0)
        {
            GC.Collect();
        }
        Console.Read();
    }
}

那么既然Finalize方法的调用无法控制，于是就引入了Dispose模式，实现IDispose方法来提供一个Dispose方法允许调用者手动去调用Dispose方法释放资源。

什么时候我们该为一个类型实现Dispose模式

我们已经大概知道什么是Dispose模式了，那么我们应该在什么时候去为我们的类型实现这种模式呢？在以下这几种情况中我们应该为一个类型实现Dispose模式（非完全列表哦）

1. 类型对一些本地资源进行封装，比如类型暴露了一些文件操作的接口，并在内部对文件进行了操作。

2. 如果类型内部有一个Dispose成员，你需要保证这个成员必须在你的对象的生命周期内得到释放。比如说我实现了一个记日志的类，类的内部有一个成员变量是FileStream，我就需要实现Dispose模式来保证这个FileStream能够被释放。

3. 如果你要实现一个基类，基类本身没有本地资源。但是他的子类有那么必须要实现Dispose模式，典型例子就是Stream。[2]

当你在考虑为一个基类实现或者不实现Dispose模式的时候需要特别小心，可能会存在一个版本问题以后改动的时候比较麻烦。比如说，一个叫做BaseA的类开始的时候没有实现IDispose接口，但是过了一段时间以后需要实现这个接口，那么就需要找出所有继承自这个BaseA的内在他们那里实现IDispose方法并且调用基类的Dispose方法。如果不全部修改的话，可能会出现子类总的Dispose方法没有去调用基类中的Dispose方法导致基类中的资源得不到释放。另一种相反的情况也类似，比如说第一个版本的基类实现了，以后如果以后要去掉的话也必须将所有子类中调用基类的地方去掉。

使用Dispose模式时应该注意什么？

Dispose Pattern是篇好文章，好好读一下肯定有收获。下面只是摘录自这个文章外加一点点自己的东西，纯属个人翻译练习，推荐看原文。

• 为包含Disposable实例的类型实现Dispose模式，妥善的去处理那个Disposable的资源。
• 如果一个类型中包含一些需要显示去释放并且没有Finalizer的实例，那么请为这个类型实现Dispose模式和Finalize方法。
• 考虑为一些类本身不包含非托管资源，但是它的子类基本都需要包含非托管资源的类型实现Dispose模式。
• 实现一个签名为protected virtual void Dispose(bool disposing)，并将所有释放逻辑放在其中。其他诸如Dispose()，Close()，Finalizer都来调用这个方法来释放。
• 实现IDispose接口方法的时候，内部去调用Dispose(false)，然后再调用GC.SuppressFinalize(this)方法告诉垃圾回收器不需要调用这个实例的Finalize方法直接可以释放
• 不要将无参数的Dispose方法设置为虚方法，子类应该override的是带参数的那个Dispose方法。
• 除了Dispose()和Dispose(bool)以外不要重载Dispose方法。
• 允许Dispose(bool)被多次调用，该方法应该在第一次调用后直接返回。
• 避免在Dispose(bool)中抛出错误，除非发生了很严重的错误，比如说进程发生了严重的溢出，数据不一致。
• 当实例已经被Dispose以后，但是外部仍然尝试调用实例的一些方法时，应该抛出ObjectDisposedException来告知调用者。
• 如果说Close合适你的类型的释放动作的话，考虑添加Close()方法。如果你这么做了，请将Dispose()中的内容搬到Close()方法中，并且将Dispose()方法显示生命为IDispose接口的实现。
• 尽可能去避免实现Finalizer，因为会影响性能和代码的复杂度。类型本身应该负责资源的释放，可以参考SafeHandler类型。
• 不要给值类型添加Finalizer，只有引用类型CLR才会去调用Finalize方法。即使你实现了也会被忽略掉。
• 如果你为一个类型实现了Finalizer，那么请也给这个类型实现Dispose方法。
• 将Finalize方法访问级别设置为proctected。C++, VB, C#编译器会强制执行这一限制。
• 如果你的Finalize方法需要在进程出现严重错误强制终止的情况下依然被调用的话，那么你需要考虑创建或者使用critical finallizable object(类型继承自CriticalFinalizerObject)。

怎么实现一个Dispose模式

参考MSDN[2]，我这里找了一个.NET提供的类型做例子来看一下。FileStream。我将一些关键代码扣出来说明一下。

public abstract class Stream : IDisposable
{
    /// <summary>Closes the current stream and releases any resources (such as sockets and file handles)
    /// associated with the current stream.</summary>
    public virtual void Close()
    {
        //调用带参的Dispose方法来清理资源，传入true表示是显示调用Dispose方法
        //若子类重载则会调用子类的Dispose方法
        this.Dispose(true);
        //告诉GC不需要执行本对象的Finalize方法
        GC.SuppressFinalize(this);
    }

    /// <summary>Releases all resources used by the <see cref="T:System.IO.Stream" />.</summary>
    public void Dispose()
    {
        this.Close();
    }

    /// <summary>Releases the unmanaged resources used by the <see cref="T:System.IO.Stream" />
    /// and optionally releases the managed resources.</summary>
    /// <param name="disposing">true to release both managed and unmanaged resources;
    /// false to release only unmanaged resources.</param>
    //dispose为ture释放托管和非托管的资源，因为是显示调用，其他对象的字段可以安全访问并释放。
    //dispose为false的时候只释放非托管资源，因为托管的一些对象可能已经被释放掉了。
    protected virtual void Dispose(bool disposing)
    {
        if (disposing && this._asyncActiveEvent != null)
        {
            this._CloseAsyncActiveEvent(Interlocked.Decrement(ref this._asyncActiveCount));
        }
    }
}

public class FileStream : Stream
{
    private SafeFileHandle _handle;

    //重载父类中带参的Dispose方法
    protected override void Dispose(bool disposing)
    {
        try
        {
            //判断是否已经被释放，不多次释放
            if (this._handle != null && !this._handle.IsClosed && this._writePos > 0)
            {
                this.FlushWrite(!disposing);
            }
        }
        finally
        {
            //判断是否已经被释放，不多次释放
            if (this._handle != null && !this._handle.IsClosed)
            {
                this._handle.Dispose();
            }
            this._canRead = false;
            this._canWrite = false;
            this._canSeek = false;
            base.Dispose(disposing);
        }
    }

    //垃圾回收时候调用这个方法释放资源
    ~FileStream()
    {
        if (this._handle != null)
        {
            //传入false表示是Finalize方法中调用
            this.Dispose(false);
        }
    }

    public virtual void Flush(bool flushToDisk)
    {
        //判断是否已经被释放，如果已经被释放则会抛出异常
        if (this._handle.IsClosed)
        {
            //抛出 ObjectDisposedException 异常
            __Error.FileNotOpen();
        }
        //此处省略N行代码
    }
}

Dispose模式的例子
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Reference:

1. Jeffrey Richter, CLR Via C#, 3rd Edition.

2. MSDN, Dispose Pattern, http://msdn.microsoft.com/en-us/library/b1yfkh5e(v=vs.110).aspx